[发明专利]一种适用于Mg3

说明书

本发明涉及一种适用于Mg₃Sb₂‑Mg₃Bi₂基热电材料的阻挡层及其使用方法。采用本发明的阻挡层材料使得Mg₃Sb₂‑Mg₃Bi₂基热电接头具有较低的界面电阻，以及良好的高温稳定性，阻挡层材料在高温下对基体材料几乎呈现化学惰性，使Mg₃Sb₂‑Mg₃Bi₂基热电材料的中温发电应用得以实现，并能有效提高其热电器件的可靠性和服役寿命。另外，本发明的制备方法具有工艺简单、制备成本低、适合规模化生产等优点。

技术领域

本发明属于热电器件领域，特别涉及一种适用于Mg₃Sb₂-Mg₃Bi₂基热电材料的阻挡层及其使用方法。

背景技术

热电器件的最大转换效率与器件两端的温度及热电材料的平均ZT值有关，其计算公式为：

实际制备器件过程中，除了考虑材料性能，即平均ZT值之外，还需要考虑器件的拓扑结构设计以及电极和材料之间的连接界面。界面电阻会对最终器件的转换效率造成很大影响。一般来说，常用的金属电极，如Cu、Ni，会在高温下与热电材料发生反应，从而导致接头附近产生较大的界面电阻，并恶化了界面附近材料的热电性能。因此，需要在电极和热电材料之间加入额外的阻挡层防止材料和电极之间的相互扩散，从而保证材料化学组成的稳定，并降低界面损耗。

Mg₃Sb₂基热电材料具有反La₂O₃的六方结构，它由在c轴方向上堆叠的阴离子[Mg₂Sb₂]^2-层和阳离子Mg²⁺层组成。N型Mg₃Sb₂基热电材料由于具有能谷数为6，因此具有良好的电学性能。其本征热导率也很低，保证了其优异的热电性能。同时Mg₃Sb₂组成元素无毒且含量丰富、成本低廉，被认为是最有望获得大规模应用的热电材料之一。

近年来针对Mg₃Sb₂-Mg₃Bi₂固溶体基热电材料的研究使得该体系的热电性能和稳定性有了明显提升。Chen等人通过Mn和Te共掺杂，在Mg_3.15Mn_0.05Sb_1.5Bi_0.49Te_0.01中获得了最大ZT为1.85(723K)和平均ZT值为1.25(300-723K)的极高热电性能(Chen,X.etal.Extraordinary thermoelectric performance in n-type manganese doped Mg₃Sb₂Zintl:High band degeneracy,tuned carrier scattering mechanism andhierarchical microstructure.Nano Energy,2018,52,246–255)；Shi等人将Y掺杂到n型Mg₃SbBi材料中，不仅获得了接近1.8的最大ZT，还获得了较好的高温稳定性，该材料在750K下工作75h后，性能几乎不衰减(Shi,X.et al.Extraordinary n-type Mg₃SbBithermoelectrics enabled by Yttrium doping.Adv.Mater.2019,31,1903387)。